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Para otros usos, consulte Rayón (desambiguación) .
Cuando una solución de celulosa en hidróxido de cupramonio entra en contacto con ácido sulfúrico, la celulosa comienza a precipitarse de la solución. El ácido sulfúrico reacciona con un compuesto complejo de cobre y lo disuelve. Se forman finas fibras azules de rayón. Después de algún tiempo, el ácido sulfúrico reacciona con el compuesto complejo y lava las sales de cobre de las fibras. Las fibras se vuelven incoloras.

El rayón es una fibra de celulosa regenerada que se elabora a partir de fuentes naturales de celulosa, como la madera y productos agrícolas relacionados. [1] Tiene la misma estructura molecular que la celulosa. Viscosa puede significar: [2]

  • Una solución viscosa de celulosa.
  • Un sinónimo de rayón
  • Un término específico para el rayón viscosa: rayón elaborado mediante el proceso de viscosa.

Existen muchos tipos y grados de fibras y películas de viscosa. Algunos imitan el tacto y la textura de fibras naturales como la seda , la lana , el algodón y el lino . Los tipos que se parecen a la seda a menudo se denominan seda artificial . La fibra se utiliza para fabricar textiles para prendas de vestir y otros fines. [3]

La producción de rayón implica solubilizar la celulosa. Un método popular implica el uso de álcali y sulfuro de carbono . [4] [5] Otro método implica el uso de soluciones amoniacales de sales de cobre. Sin embargo, otra ruta, el proceso de lyocell , se basa en un disolvente especial. [6] [7]

Rayón y sus variantes [ editar ]

El rayón se produce disolviendo la celulosa seguida de la conversión de esta solución de nuevo a celulosa fibrosa insoluble. Se han desarrollado varios procesos para esta regeneración. Principalmente, los métodos son el método Cuprammonium, el método Viscosa y el Proceso Lyocell. Especialmente los dos primeros métodos se han practicado durante más de un siglo.

Método de cupramonio [ editar ]

El químico suizo Matthias Eduard Schweizer (1818-1860) descubrió que la celulosa se disuelve en dihidróxido de tetraaminocobre . Max Fremery y Johann Urban desarrollaron un método para producir fibras de carbono para su uso en bombillas en 1897. [8] La producción de rayón cupramonio para textiles comenzó en 1899 en Vereinigte Glanzstoff Fabriken AG en Oberbruch cerca de Aquisgrán . [ cita requerida ] [9] Mejora de JP Bemberg AGen 1904 hizo de la seda artificial un producto comparable a la seda real . [10] [11]

El rayón de cupramonio tiene propiedades similares a la viscosa; sin embargo, durante su producción, la celulosa se combina con cobre y amoníaco ( reactivo de Schweizer ). Debido a los efectos ambientales perjudiciales de este método de producción, el rayón de cupramonio ya no se produce en los Estados Unidos . [12]

Método de la viscosa [ editar ]

Un dispositivo para hilar viscosa rayón que data de 1901

El químico inglés Charles Frederick Cross y sus colaboradores, Edward John Bevan y Clayton Beadle, patentaron su seda artificial en 1894. Llamaron a su material "viscosa" porque su producción implicaba la intermediación de una solución altamente viscosa. El proceso se basó en la reacción de la celulosa con una base fuerte, seguida del tratamiento de esa solución con disulfuro de carbono para dar un derivado de xantato . Luego, el xantato se convierte nuevamente en una fibra de celulosa en un paso posterior.

El primer rayón viscosa comercial fue producido por la empresa británica Courtaulds Fibers en noviembre de 1905. [13] Courtaulds formó una división estadounidense , American Viscose (más tarde conocida como Avtex Fibers), para producir su formulación en los Estados Unidos en 1910. [14] El nombre "rayón" se adoptó en 1924, y se utilizó "viscosa" para el líquido orgánico viscoso que se utiliza para fabricar rayón y celofán . En Europa, sin embargo, el tejido en sí se conoció como "viscosa", que ha sido considerado como un término alternativo aceptable para el rayón por la Comisión Federal de Comercio de los Estados Unidos (FTC). [ cita requerida ]

El método de la viscosa puede utilizar madera como fuente de celulosa, mientras que otras rutas al rayón requieren celulosa sin lignina como material de partida. El uso de fuentes leñosas de celulosa hace que la viscosa sea más barata, por lo que tradicionalmente se usaba a mayor escala que los otros métodos. Por otro lado, el proceso de viscosa original genera grandes cantidades de aguas residuales contaminadas. Las tecnologías más nuevas utilizan menos agua y han mejorado la calidad de las aguas residuales. Rayón se produjo sólo como una fibra de filamento hasta la década de 1930 cuando se desarrollaron métodos para utilizar "roto rayón residuos", como elemento básico fibra.

Las propiedades físicas del rayón se mantuvieron sin cambios hasta el desarrollo del rayón de alta tenacidad en la década de 1940. La investigación y el desarrollo posteriores llevaron al rayón de alto módulo húmedo (rayón HWM) en la década de 1950. [15] La investigación en el Reino Unido se centró en la British Rayon Research Association, financiada por el gobierno .

Las aplicaciones industriales del rayón surgieron alrededor de 1935. Sustituyendo la fibra de algodón en neumáticos y cinturones, los tipos industriales de rayón desarrollaron un conjunto de propiedades totalmente diferente, entre las cuales la resistencia a la tracción y el módulo elástico eran primordiales.

Modal [ editar ]

El modal es un tipo de rayón, pero está hecho de celulosa de alta calidad. Hay dos formas disponibles: "polinósicos" y "alto módulo húmedo" (MWM). El modal se usa solo o con otras fibras (a menudo algodón o elastano ) en ropa y artículos para el hogar como pijamas, ropa interior, batas de baño, toallas y sábanas. El modal se puede secar en secadora sin dañarlo debido a su mayor alineación molecular. [16] Se sabe que la tela forma menos bolitas que el algodón debido a las propiedades de la fibra y la menor fricción superficial. [17]

El rayón de alto módulo húmedo (HWM) es una versión modificada de la viscosa que es más resistente cuando está húmeda. También tiene la capacidad de ser mercerizado como el algodón. Los rayones HWM también se conocen como "polinósicos". Las fibras polinósicas son dimensionalmente estables y no se encogen ni se deforman cuando se mojan como muchos rayones. También son resistentes y fuertes mientras mantienen una sensación suave y sedosa. A veces se identifican con el nombre comercial Modal . [12]

El rayón de alta tenacidad es otra versión modificada de la viscosa que tiene casi el doble de fuerza que la HWM. Este tipo de rayón se utiliza normalmente para fines industriales, como el cordón de neumáticos. [12]

Lyocell [ editar ]

Artículo principal: Lyocell

El proceso Lyocell se basa en la disolución de productos de celulosa en un disolvente, N-óxido de N-metilmorfolina . El proceso de lyocell no se utiliza mucho porque es relativamente caro.

El proceso comienza con celulosa e implica hilatura en seco con chorro de agua. Fue desarrollado en las ahora desaparecidas American Enka y Courtaulds Fibers. Tencel de Lenzing es un ejemplo de fibra de lyocell. [10] A diferencia del proceso vicose, el proceso lycocell no utiliza sulfuro de carbono altamente tóxico. [6] [7] "Lyocell" se ha convertido en una marca comercial genérica, que se utiliza para referirse al proceso de lyocell para fabricar fibras de celulosa. [7]

Materiales relacionados [ editar ]

Los materiales relacionados no son celulosa regenerada, sino ésteres de celulosa. [18] [19]

Nitrocelulosa [ editar ]

La nitrocelulosa es un derivado de la celulosa que es soluble en disolventes orgánicos. Se utiliza principalmente como explosivo o como laca . Muchos de los primeros plásticos, incluido el celuloide , estaban hechos de nitrocelulosa.

Acetato [ editar ]

El acetato de celulosa comparte muchas similitudes con el rayón viscosa y anteriormente se consideraba el mismo tejido. Sin embargo, el rayón resiste el calor, mientras que el acetato es propenso a derretirse. El acetato debe lavarse con cuidado, ya sea a mano o en seco, y las prendas de acetato se desintegran cuando se calientan en una secadora . [20] [21] Ahora se requiere que las dos telas se enumeren claramente en las etiquetas de las prendas. [22]

Principales propiedades de la fibra [ editar ]

El rayón es una fibra versátil y se afirma ampliamente que tiene las mismas propiedades de confort que las fibras naturales, aunque la caída y el deslizamiento de los textiles de rayón a menudo se parecen más al nailon. Puede imitar el tacto y la textura de la seda , la lana , el algodón y el lino . Las fibras se tiñen fácilmente en una amplia gama de colores. Las telas de rayón son suaves, lisas, frescas, cómodas y muy absorbentes, pero no siempre aíslan el calor corporal, lo que las hace ideales para usar en climas cálidos y húmedos, aunque también hacen que su "mano" (se sienta) fresca y, a veces, casi viscosa. al tacto. [23]

La durabilidad y retención de la apariencia de los rayones de viscosa regulares son bajas, especialmente cuando están mojadas; Además, el rayón tiene la recuperación elástica más baja de todas las fibras. Sin embargo, el rayón HWM (rayón de alto módulo húmedo) es mucho más fuerte y exhibe una mayor durabilidad y retención de apariencia. El cuidado recomendado para el rayón viscosa normal es solo limpieza en seco. El rayón HWM se puede lavar a máquina. [15]

  • Galería de texturas rayón

  • Una muestra de rayón de una falda fotografiada con una lente macro .

  • Otra falda con una textura diferente.

  • Una blusa con una textura similar a la segunda.

El rayón regular tiene líneas longitudinales llamadas estrías y su sección transversal es una forma circular con sangría. Las secciones transversales de HWM y cupra rayón son más redondas. Los hilos de rayón de filamentos varían de 80 a 980 filamentos por hilo y varían en tamaño de 40 a 5000 deniers . Las fibras cortadas varían de 1,5 a 15 deniers y se rizan mecánica o químicamente. Las fibras de rayón son naturalmente muy brillantes, pero la adición de pigmentos deslustrantes reduce este brillo natural. [15]

Fabricación [ editar ]

Vista simplificada de la xantacion de celulosa. [3]

La materia prima de la viscosa es principalmente pulpa de madera , que se convierte químicamente en un compuesto soluble. Luego se disuelve y se fuerza a través de una hilera para producir filamentos que se solidifican químicamente, lo que da como resultado fibras de celulosa casi pura. [24] A menos que los productos químicos se manipulen con cuidado, los trabajadores pueden resultar gravemente perjudicados por el disulfuro de carbono que se utiliza para fabricar la mayor parte del rayón. [25] [26]

Para preparar viscosa, la pulpa se trata con hidróxido de sodio acuoso (típicamente 16-19% p / p ) para formar "celulosa alcalina", que tiene la fórmula aproximada [C 6 H 9 O 4 -ONa] n . Se permite que este material se despolimerice hasta cierto punto. La velocidad de despolimerización (maduración o maduración) depende de la temperatura y se ve afectada por la presencia de varios aditivos inorgánicos, como óxidos e hidróxidos metálicos. El aire también afecta el proceso de maduración ya que el oxígeno provoca la despolimerización. La celulosa alcalina se trata luego con disulfuro de carbono para formar xantato de celulosa sódica . [3]

[C 6 H 5 (OH) 4 -ONa] n + n CS 2  → [C 6 H 5 (OH) 4 -OCS 2 Na] n

La fibra de rayón se produce a partir de las soluciones maduradas mediante el tratamiento con un ácido mineral, como el ácido sulfúrico. En este paso, los grupos xantato se hidrolizan para regenerar celulosa y disulfuro de carbono.

[C 6 H 5 (OH) 4 -OCS 2 Na] 2 n + n H 2 SO 4  → [C 6 H 5 (OH) 4 -OH] 2 n +2 n CS 2 + n Na 2 SO 4

Aparte de la celulosa regenerada, la acidificación produce sulfuro de hidrógeno (H 2 S), azufre y disulfuro de carbono. El hilo hecho de la celulosa regenerada se lava para eliminar el ácido residual. A continuación, se elimina el azufre mediante la adición de una solución de sulfuro de sodio y las impurezas se oxidan mediante blanqueo con una solución de hipoclorito de sodio o una solución de peróxido de hidrógeno. [27]

La producción comienza con celulosa procesada obtenida a partir de pulpa de madera y fibras vegetales. El contenido de celulosa en la pulpa debe rondar el 87-97%.

Los pasos: [24]

  1. Inmersión: La celulosa se trata con sosa cáustica .
  2. Prensado. Luego, la celulosa tratada se presiona entre rodillos para eliminar el exceso de líquido.
  3. Las hojas prensadas se desmenuzan o trituran para producir lo que se conoce como "miga blanca".
  4. La "miga blanca" se envejece por exposición al oxígeno . Este es un paso de despolimerización y se evita en el caso de polinósicos.
  5. La "miga blanca" envejecida se mezcla en cubas con disulfuro de carbono para formar el xantato (consulte la ecuación química anterior). Este paso produce "Miga de color amarillo anaranjado".
  6. La "migaja amarilla" se disuelve en una solución cáustica para formar viscosa. La viscosa se deja reposar durante un tiempo, lo que le permite "madurar". Durante esta etapa cambia el peso molecular del polímero.
  7. Después de madurar, la viscosa se filtra, desgasifica y luego se extruye a través de una hilera en un baño de ácido sulfúrico , lo que da como resultado la formación de filamentos de rayón. El ácido se utiliza como agente regenerador. Convierte el xantato de celulosa nuevamente en celulosa. El paso de regeneración es rápido, lo que no permite la orientación adecuada de las moléculas de celulosa. Entonces, para retrasar el proceso de regeneración, se usa sulfato de zinc en el baño que convierte el xantato de celulosa en xantato de celulosa de zinc, lo que proporciona tiempo para que tenga lugar la orientación adecuada antes de la regeneración.
  1. Hilado. El hilado de la fibra de rayón viscosa se realiza mediante un proceso de hilado en húmedo. Se deja que los filamentos pasen a través de un baño de coagulación después de la extrusión de los orificios de la hilera. Tiene lugar la transferencia de masa bidireccional.
  2. Dibujo. Los filamentos de rayón se estiran, en un procedimiento conocido como estiramiento, para enderezar las fibras.
  3. Lavado. Luego, las fibras se lavan para eliminar cualquier residuo químico de ellas.
  4. Corte. Si se desean fibras de filamentos, entonces el proceso termina aquí. Los filamentos se cortan cuando se producen fibras discontinuas.

Historia [ editar ]

Ver también: método de rayón § viscosa

El científico e industrial francés Hilaire de Chardonnet (1838-1924), inventor de la primera fibra textil artificial , la seda artificial , creó la viscosa. [28] Los científicos británicos Charles Frederick Cross y Edward John Bevan sacaron la patente británica No. 8.700, "Mejoras en la disolución de celulosa y compuestos afines" en mayo de 1892. [29] En 1893, formaron Viscose Syndicate para otorgar licencias y, en 1896, formó la British Viscoid Co. Ltd. para explotar el proceso. [28] [27]

Productores [ editar ]

En 2018, la producción de fibra de viscosa en el mundo fue de aproximadamente 5,8 millones de toneladas, y China fue el mayor productor con aproximadamente el 65% de la producción mundial total. [30] Los nombres comerciales se utilizan en la industria del rayón para etiquetar el tipo de rayón en el producto. El rayón viscosa fue producido por primera vez en Coventry Inglaterra en 1905 por Courtaulds.

Bemberg es un nombre comercial para el rayón cupramonium desarrollado por JP Bemberg . Bemberg se parece mucho a la viscosa, pero tiene un diámetro más pequeño y se acerca más a la seda. Bemberg ahora solo se produce en Japón. [31] Las fibras son más finas que el rayón viscosa. [11]

Modal y Tencel son formas de rayón ampliamente utilizadas producidas por Lenzing AG . Tencel, nombre genérico de lyocell , se fabrica mediante un proceso de recuperación de disolvente ligeramente diferente y la FTC de EE. UU. Lo considera una fibra diferente. Tencel lyocell fue producido comercialmente por primera vez por la planta de Courtaulds en Grimsby en Inglaterra. El proceso, que disuelve la celulosa sin una reacción química, fue desarrollado por Courtaulds Research.

Accordis era un importante fabricante de hilos y fibras a base de celulosa. Las instalaciones de producción se pueden encontrar en Europa, Estados Unidos y Brasil . [32]

Visil rayón y HOPE FR son formas de viscosa retardantes de llama que tienen sílice incrustada en la fibra durante la fabricación.

North American Rayon Corporation of Tennessee produjo rayón viscosa hasta su cierre en el año 2000. [33] [34]

Indonesia es uno de los mayores productores de rayón del mundo, y Asia Pacific Rayon (APR) del país tiene una capacidad de producción anual de 0,24 millones de toneladas. [35]

Medio ambiente y sostenibilidad [ editar ]

Toxicidad por disulfuro de carbono [ editar ]

Se ha prestado mucha atención a la toxicidad del uso de disulfuro de carbono en el proceso de viscosa. [5] [4] En algunos casos, el 25-30% del disulfuro de carbono se pierde durante el proceso. [6] El disulfuro de carbono altamente tóxico se utiliza en la producción de viscosa, lo que dio lugar a muchos incidentes y casos legales [36] en los primeros años del desarrollo de la tecnología de la viscosa. Sin embargo, el disulfuro de carbono volátil se pierde antes de que el rayón llegue al consumidor; el rayón en sí es básicamente celulosa pura. [25] Los estudios de la década de 1930 muestran que el 30% de los trabajadores estadounidenses del rayón sufrieron efectos graves. Durante la Segunda Guerra Mundial , los presos políticos de la Alemania nazise hicieron trabajar en condiciones espantosas en la fábrica de rayón Phrix en Krefeld .

Debido a que el disulfuro de carbono es altamente tóxico, su uso a gran escala requiere cuidado. Históricamente, sin embargo, varios incidentes han dado lugar a muchas intoxicaciones. Con instalaciones de producción ubicadas a menudo en países en desarrollo, la preocupación por la seguridad de los trabajadores continúa. [37] Las tecnologías de control más nuevas han permitido una mejor recolección de disulfuro de carbono y su reutilización, lo que resulta en menores emisiones de disulfuro de carbono. [3]

Se desconocen las tasas de discapacidad en las fábricas modernas (principalmente en China, Indonesia e India). [26] [4]

Eliminación y biodegradabilidad [ editar ]

Ver también: Microplásticos

La biodegradabilidad de diferentes fibras en el entierro del suelo y lodos de depuradora fue evaluada por investigadores coreanos. Se descubrió que el rayón es más biodegradable que el algodón y el algodón más que el acetato. Cuanto más repelente al agua sea la tela a base de rayón, más lentamente se descompondrá. [38] Silverfish como el insecto de fuego puede comer rayón, pero el daño se encontró que era menor de edad, potencialmente debido a la pesada, mancha de la textura de la rayón probado. [39] Otro estudio afirma que "la seda artificial [...] [fue] consumida fácilmente" por Ctenolepisma longicaudata . [40]

Un estudio oceánico de 2014 encontró que el rayón contribuía al 56,9% del total de fibras que se encuentran en las áreas profundas del océano , siendo el resto poliéster , poliamidas , acetato y acrílico . [41] Un estudio de 2016 encontró una discrepancia en la capacidad de identificar fibras naturales en un entorno marino a través de la espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier . [42]

Ver también [ editar ]

  • Nitrocelulosa , otra forma de celulosa modificada
  • Celofán (rayón viscosa extruido en láminas)
  • Hilaire de Chardonnet
  • Ray P. Dinsmore : uso pionero del rayón en neumáticos

Productos hechos de viscosa [ editar ]

  • Seda de arte
  • Celofán
  • Tripas para embutidos
  • Terciopelo sintético

Lectura adicional [ editar ]

  • Blanc, Paul David (2016). Seda falsa: la letal historia del rayón viscosa . New Haven: Prensa de la Universidad de Yale. pag. 328. ISBN 9780300204667.
  • Gupta, VB; Kothari, VK y Sengupta, AK eds. (1997) Tecnología de fibra manufacturada . Chapman & Hall, Londres. ISBN 9780412540301 . 
  • Para una revisión de todos los métodos y mercados de producción de rayón, consulte "Fibras de celulosa regeneradas" (libro - Editado por CR Woodings) Tapa dura 2001, ISBN 1-85573-459-1 , Woodhead Publishing Ltd. 
  • Para una descripción del método de producción en una fábrica en Alemania durante la Segunda Guerra Mundial , ver Agnès Humbert (tr. Barbara Mellor) Résistance: Memoirs of Occupied France , Londres, Bloomsbury Publishing PLC, 2008 ISBN 978-0-7475-9597-7 (Título estadounidense: Resistance: A Frenchwoman's Journal of the War , Bloomsbury, EE. UU., 2008) págs. 152-155 
  • Para obtener un conjunto completo de fotografías del proceso, consulte "La historia del rayón" publicado por Courtaulds Ltd (1948).
  • Arnold Hard, el periodista textil, produjo dos libros que documentan las experiencias de algunos de los pioneros en la primera industria británica del rayón, Hard, Arnold. H. (1933). El romance del rayón . Whittaker & Robinson, Manchester y Hard, Arnold (1944) La historia de Rayon , United Trade Press Ltd, Londres

Referencias [ editar ]

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Enlaces externos [ editar ]

  • "Viscosa" . Plastiquarian.com . Archivado desde el original el 25 de junio de 2008.
  • ¿Qué es la viscosa? de Barnhardt Natural Fibers
  • fibra viscosa
  • La definición del diccionario de Bemberg en Wiktionary
  • La definición del diccionario de rayón en Wikcionario